CN107926244A - 一种颗粒化肥集中气力式排肥装置 - Google Patents

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CN107926244A CN201810033974.8A CN201810033974A CN107926244A CN 107926244 A CN107926244 A CN 107926244A CN 201810033974 A CN201810033974 A CN 201810033974A CN 107926244 A CN107926244 A CN 107926244A
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任万军
张黎骅
陈勇
马荣朝
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李静
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Abstract

本发明公开了颗粒化肥集中气力式排肥装置，包括风泵系统、排肥台架、螺旋式机械定量供肥装置、肥箱、电机传动系统、控制系统、12V锂电池、横向排肥分配装置和联轴器。所述螺旋式机械定量供肥和横向气流分配成6行，电机传动系统、控制系统和锂电池调节螺旋式机械定量供肥装置的转速，从而调节排肥量；横向排肥分配装置采用文丘里原理实现气流与颗粒化肥充分混合、输送和均匀分配。该颗粒化肥集中气力式排肥装置在油菜、水稻、玉米等多种作物施肥时可作为一个独立的排肥装置或播种机的一个排肥部件，可实现综合利用以降低应用成本，提高装置利用率和工作效率。

Description

一种颗粒化肥集中气力式排肥装置
技术领域
本发明涉及农作物施肥装备技术领域，具体为一种将颗粒化肥集中气力式排肥装置。
背景技术
适时适量施肥是给作物提供充足养分和获得较优的作物群体结构及产量，因此适量精量施肥是现代农业发展的关键组成部分。目前施肥存在的主要问题是化肥过度施用和按经验施肥，造成施肥不合理和化肥利用率不高的问题；同时引发土壤、水、空气和环境污染等诸多问题，主要包括土壤板结、水质富氧化、环境污染的问题。从而，国家农业部提出了“一控两减”的农业发展政策，减少化肥施用量和提高化肥利用率是其核心。现有的排肥装置主要是以撒肥机和外槽轮式单行排肥器为主，撒肥机主要采用离心式撒肥原理，作为单独的撒肥专用，主要是撒肥量大且不均匀的问题，单独撒肥增加作业次数和成本的问题；外槽轮式单行排肥器主要是联合播种机的重要组成部分，每行施肥都需要一个排肥器，传动系统复杂，成本也高。而颗粒化肥的物料特性也具有流动性差、吸湿性、粘结性、架空性等特征，给肥料的精量施用带来了难度。同时，不同作物不同时期施肥量差异大，均匀性要求却比较高。
为提高工作效率和肥料利用率，精简排肥装置结构，采用播种、施肥为主体的复式作业能够一次性完成耕作、播种、施肥等多环节作业，可以有效降低作业次数，提高作业效率，减少压实次数。采用集中排肥方式可以精简结构，而气力式排肥可以防堵塞。因此，采用颗粒化肥集中气力式排肥装置能够实现颗粒化肥的机械式集中定量供肥+气力式分配成行，前期设计了螺旋式定量集中机械式供肥装置（公开号：107509427A），可以实现较大范围的施肥量调节，从而实现多种作物基肥、追肥等不同施肥时期的施肥量要求。目前，施肥机械存在的主要问题是通用性差、传动系统复杂、施肥均匀性差等问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述不足提供一种适应油菜、水稻、玉米等多种作物施肥通用性强和排肥性能好的颗粒化肥集中气力式排肥装置。
为实现上述目的，本发明的一种颗粒化肥集中气力式排肥装置，包括风泵系统、排肥台架、螺旋式机械定量供肥装置、肥箱、电机传动系统、控制系统、12V锂电池、横向排肥分配装置和联轴器，所述螺旋式机械定量供肥装置和电机传动系统安装在排肥台架上，所述螺旋式机械定量供肥装置上方装有肥箱；所述螺旋式机械定量供肥装置和电机传动系统通过联轴器连接；所述螺旋式机械定量供肥装置下方连接有横向排肥分配装置；所述横向排肥分配装置连接有风泵系统；所述控制系统与12V锂电池均与螺旋式机械定量供肥装置进行连接；所述风泵系统包括风泵主体、正压管道和过渡连接管，所述风泵主体为高压涡流式风泵；所述排肥台架设有下横梁和上横梁，所述下横梁和上横梁通过2根竖梁连接；所述上横梁上安装有左支撑梁和右支撑梁，所述左支撑梁和右支撑梁上均设有U型槽孔；所述上横梁上还固定有电机固定板，所述电机固定板设有电机安装U型孔；所述左支撑梁和右支撑梁上用于固定螺旋式机械定量供肥装置；所述电机固定板上固定有电机传动系统；所述电机传动系统包括直流电机；所述电机传动系统上有4个直流电机安装孔与U型孔配合；所述直流电机上伸出有电机转动轴。
进一步，所述螺旋式机械定量供肥装置为机械式定量供肥的核心部件，包括支撑板、前支撑板、搅肥机构、后支撑板、螺旋状组合机构、中间隔板、卸肥板、搅肥链轮、搅肥驱动链轮和供肥轴；2个所述支撑板之间安装有前支撑板和后支撑板，所述支撑板、前支撑板、后支撑板组成螺旋式机械定量供肥装置的壳体；所述搅肥机构和螺旋状组合机构穿过2个所述支撑板，2个所述支撑板支撑搅肥机构和螺旋状组合机构转动；所述供肥轴上均匀分布有4个螺旋排肥轮；所述中间隔板和卸肥板穿过2个所述支撑板；所述搅肥驱动链轮安装于供肥轴一端；所述搅肥驱动链轮与搅肥链轮配合。
进一步，所述横向排肥分配装置为气流均匀分配的关键装置，包括气流接入管、气流扩管、肥料进口管、矩形气流-肥料混合吼口、气固两相流扩口和排肥分配管道；所述气流接入管、气流扩管、矩形气流-肥料混合吼口、气固两相流扩口和排肥分配管道横向连接，所述肥料进口管位于矩形气流-肥料混合吼口的上方；所述矩形气流-肥料混合吼口嵌有圆弧形中间隔套，所述圆弧形中间隔套)将矩形气流-肥料混合吼口分成2部分；所述气流扩管内的气流腔体，与气流腔体连接部分为气流高压喉口，另一部分肥料入口；肥料入口投下的肥料快速送至两相流混合腔体中；两相流混合腔体中中的气流能够均匀分配进入到6个排肥分配管道中；所述肥料进口管和气流扩管之间通过加强筋增加强度。
进一步，所述控制系统包括系统控制盒、转速显示屏、转速控制器、电机负极连接口、电机正极连接口、电池负极连接口和电池正极连接口；所述转速显示屏和转速控制器均安装在系统控制盒上，所述转速控制器上设有电机负极连接口、电机正极连接口、电池负极连接口和电池正极连接口；所述电机负极连接口和电机正极连接口分别与直流电机的负极和正极连线；所述电池负极连接口和电池正极连接口分别与12V锂电池的负极和正极连线。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明采用螺旋式机械定量供肥和横向气流分配成6行的排肥方式，有效保证排肥稳定性和均匀性。
2、本发明采用电机传动系统、控制系统和锂电池调节螺旋式机械定量供肥装置的转速，从而调节排肥量。
3、本发明横向排肥分配装置的圆弧形中间隔套改变气流通过截面积，实现文丘里原理的变截面要求，实现气流与颗粒化肥充分混合和输送，能够适应大范围排肥量的均匀分配。
4、本发明可作为一个独立的排肥装置或播种机的一个排肥部件，可以有效提高装置的通用性和利用率。
5、本发明针对颗粒化肥供肥和分配适应性强，可适用油菜、水稻、玉米等多种作物不同施肥时期的颗粒化肥施用需求，可实现综合利用以降低应用成本，提高装置利用率和工作效率。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明的侧向示意图。
图3为本发明的正向示意图。
图4为本发明的排肥台架结构图。
图5为本发明的电机传动系统与电池的结构图。
图6为本发明的螺旋式机械定量供肥装置示意图。
图7为本发明的横向排肥分配装置示意图。
图8为图7的剖面图。
图9为本发明的控制系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例进一步说明本发明。
实施例：本发明的一种颗粒化肥集中气力式排肥装置，包括风泵系统1、排肥台架2、螺旋式机械定量供肥装置3、肥箱4、电机传动系统5、控制系统6、12V锂电池7、横向排肥分配装置8和联轴器9，所述螺旋式机械定量供肥装置3和电机传动系统5安装在排肥台架2上，所述螺旋式机械定量供肥装置3上方装有肥箱4；所述螺旋式机械定量供肥装置3和电机传动系统5通过联轴器9连接；所述螺旋式机械定量供肥装置3下方连接有横向排肥分配装置8；所述横向排肥分配装置8连接有风泵系统1；所述控制系统6与12V锂电池7均与螺旋式机械定量供肥装置3进行连接，控制螺旋式机械定量供肥装置3的排肥量。
所述风泵系统1包括风泵主体11、正压管道12和过渡连接管13，所述风泵主体11为高压涡流式风泵，可以提供正压的高压气流通过正压管道12输出，所述正压管道12连接有过渡连接管13。
所述排肥台架2设有下横梁21和上横梁23，所述下横梁21和上横梁23通过2根竖梁22连接；所述上横梁23上安装有左支撑梁24和右支撑梁25，所述左支撑梁24和右支撑梁25上均设有U型槽孔27；所述上横梁23上还固定有电机固定板25，所述电机固定板25设有电机安装U型孔28。所述左支撑梁24和右支撑梁25上用于固定螺旋式机械定量供肥装置3；所述电机固定板25上固定有电机传动系统5。
所述螺旋式机械定量供肥装置3固定于左支撑梁24和右支撑梁25上的U型槽孔27上。所述螺旋式机械定量供肥装置3包括支撑板31、前支撑板32、搅肥机构33、后支撑板34、螺旋状组合机构35、中间隔板36、卸肥板37、搅肥链轮38、搅肥驱动链轮39和供肥轴310。2个所述支撑板31之间安装有前支撑板32和后支撑板34，所述支撑板31、前支撑板32、后支撑板34组成螺旋式机械定量供肥装置3的壳体。所述搅肥机构33和螺旋状组合机构35穿过2个所述支撑板31，2个所述支撑板31支撑搅肥机构33和螺旋状组合机构35转动。所述搅肥机构33位于螺旋状组合机构35正上方，搅肥机构33搅动肥料使肥料不粘结同时促使肥料进入螺旋状组合机构35的螺旋形槽孔中。所述螺旋状组合机构35是螺旋式机械定量供肥装置3核心机构，所述供肥轴310上均匀分布有4个螺旋排肥轮，采用螺旋排肥轮的结构能够保证排肥的连续性和均匀性，降低脉动现象的出现。所述中间隔板36和卸肥板37穿过2个所述支撑板31，所述中间隔板36用于阻隔肥料大量堆积，以防止肥料出现粘结现象；所述卸肥板37用于卸掉肥箱4中多余的颗粒化肥。所述搅肥驱动链轮39安装于供肥轴310一端；在供肥轴310转动作用下，并驱动搅肥驱动链轮39和螺旋状组合机构35上的其他部件转动；所述搅肥驱动链轮39用于驱动搅肥链轮38转动。所述搅肥链轮38位于搅肥机构33一端，所述搅肥驱动链轮39与搅肥链轮38配合。
所述电机传动系统5包括直流电机51；所述电机传动系统5上有4个直流电机安装孔52与U型孔28配合，用于固定直流电机51；所述直流电机51上伸出有电机转动轴53。
所述横向排肥分配装置8为固定非运动装置，包括气流接入管81、气流扩管82、肥料进口管83、矩形气流-肥料混合吼口84、气固两相流扩口85和排肥分配管道86。所述气流接入管81、气流扩管82、矩形气流-肥料混合吼口84、气固两相流扩口85和排肥分配管道86横向连接，所述肥料进口管83位于矩形气流-肥料混合吼口84的上方。所述气流接入管81为圆柱形管道，所述气流接入管81内为气流输入通道87；所述肥料进口管83主要由肥料外壳813围成；所述气流扩管82截面为等腰梯形，气流扩管82沿气流流动方向横截面积逐渐增加；所述气流扩管82内的气流腔体88，所述矩形气流-肥料混合吼口84嵌有圆弧形中间隔套811，所述圆弧形中间隔套811将矩形气流-肥料混合吼口84分成2部分，与气流腔体88连接部分为气流高压喉口810，另一部分肥料入口812，在气流高压喉口810的作用下，由于横截面积减小，气流速度急剧增加，从而将肥料入口812投下的肥料快速送至两相流混合腔体814中，颗粒化肥与气流在两相流混合腔体814中扩口的作用下，将颗粒化肥与气流充分混合，从而为实现均匀分配提供基础。在6个排肥分配管道86的出口截面积一致的条件下，使两相流混合腔体中814中的气流能够均匀分配进入到排肥分配管道86中，从而实现颗粒化肥连续均匀地的排肥。所述肥料进口管83和气流扩管82之间通过加强筋89增加强度。
所述控制系统6主要调控电机转动轴53的转速，包括系统控制盒61、转速显示屏62、转速控制器63、电机负极连接口64、电机正极连接口65、电池负极连接口66和电池正极连接口67。所述转速显示屏62和转速控制器63均安装在系统控制盒61上，所述转速显示屏62与转速控制器63通过板线连同；所述转速控制器63上设有电机负极连接口64、电机正极连接口65、电池负极连接口66和电池正极连接口67。所述电机负极连接口64和电机正极连接口65分别与直流电机51的负极和正极连线；所述电池负极连接口66和电池正极连接口67分别与12V锂电池7的负极和正极连线。
所述控制系统6安装于排肥台架2的上横梁23上；所述12V锂电池7安装于排肥台架2的下横梁21上。
所述控制系统6通过连接12V锂电池7和电机传动系统5，控制电机转动轴53的转速。所述电机转动轴53与供肥轴310通过联轴器9连接，从而将电机转动轴53的动力传递给供肥轴310，从而驱动螺旋式机械定量供肥装置3的螺旋状组合机构35转动。所述螺旋式机械定量供肥装置3的转动通过12V锂电池7提供动力来源，从而可持续提供动力。从而通过螺旋状组合机构35转动连续提供定量的颗粒化肥施肥量；通过调节电机转动轴53的转速即可调节施肥量。从而实现螺旋式机械定量供肥装置3机械定量、变量供肥的功能。
所述风泵系统包括风泵主体11产生的高压正压气流通过正压管道12和过渡连接管13将气流输送至气流接入管81，气流经所述气流接入管81、气流扩管82进入到矩形气流-肥料混合吼口84的气流高压喉口810中，所述螺旋式机械定量供肥装置3排出颗粒化肥经肥料进口管83进入到矩形气流-肥料混合吼口84的肥料入口812中，颗粒化肥和高压气流在矩形气流-肥料混合吼口84接触、混合被输送至气固两相流扩口85中，采用高速正压气流将颗粒化肥均匀分配到排肥分配管道86中，从而将螺旋式机械定量供肥装置3排出的化肥均匀分配成6行，实现一个排肥器排肥6行的功能。该颗粒化肥集中气力式排肥装置对采用正压气流将供出的化肥均匀分配成6行，实现一器均匀分配多行（6行）的要求，精简的传动结构和排肥器结构。该颗粒化肥集中气力式排肥装置可作为单一的排肥装置安装在播种机上使用，从而有效地提高了机具利用率。
本发明工作原理如下：根据作物类型及施肥时间确定农艺施肥量和排肥要求，确定农艺施肥量条件下的螺旋状组合机构35的螺旋排肥轮和电机传动系统5的电机转动轴53的转速，调节好螺旋状组合机构35的螺旋排肥轮数量；同时调节所述控制系统6的转速控制器63，从而调节电机转动轴53的转速。所述颗粒化肥集中气力式排肥装置工作时，所述风泵系统的风泵主体11阐述高压正压气流进入正压管道12和过渡连接管13，高压气流经正压管道12和过渡连接管13将气流输送至气流接入管81；同步，在所述控制系统6的作用下，调节12V锂电池7和电机传动系统5，控制电机转动轴53的转速，所述电机转动轴53将动力通过联轴器9传递给供肥轴310，从而驱动螺旋式机械定量供肥装置3的螺旋状组合机构35转动。同步，在所述搅肥驱动链轮39与搅肥链轮38配合下，搅肥机构33同步转动搅动化肥避免起拱。所述肥箱4中的肥料进入螺旋式机械定量供肥装置3中；在电机转动轴53驱动下螺旋状组合机构35转动，同时带动搅肥机构33转动，搅肥机构33搅动肥料使肥料充入螺旋形槽孔，同时搅动使肥料不起拱、粘结。螺旋状组合机构35转动将颗粒化肥排出进入肥料进口管83中，颗粒化肥经肥料入口812进入到矩形气流-肥料混合吼口84中，颗粒化肥和高压气流在矩形气流-肥料混合吼口84接触、混合被输送至气固两相流扩口85中，采用高速正压气流将颗粒化肥均匀分配到排肥分配管道86中，从而将螺旋式机械定量供肥装置3排出的化肥均匀分配成6行。定量连续的颗粒化肥持续由螺旋式机械定量供肥装置3排出，风泵系统11持续提供正压气流，在横向排肥分配装置8作用下均匀分配，从而实现对颗粒化肥的排肥。该颗粒化肥集中气力式排肥装置的工作流程为：调节好螺旋状组合机构35的螺旋排肥轮数量启动——调节所述控制系统6的电机转动轴53的转速——启动风泵——正压气流进入矩形气流-肥料混合吼口84——螺旋状组合机构35转动定量供肥——矩形气流-肥料混合吼口84——矩形气流-肥料混合吼口84接触、混合被输送至气固两相流扩口85——颗粒化肥均匀分配到排肥分配管道86——6行的细化肥流进入到排肥管中——连续供肥、分配完成排肥过程。
本发明工作具体实施效果：本发明所解决的排肥装置通用性差、传动系统发展、施肥均匀性差的问题，通过应用颗粒化肥集中气力式排肥装置可根据作物需肥和施肥时间定量、变量、精量提供颗粒化肥总量，横向排肥分配装置均匀在正压气流作用下均匀排出6行化肥。为测试颗粒化肥集中气力式排肥装置的排肥性能，收集并测定6个排肥分配管道中化肥施肥量，通过测定不同排肥分配管道的平均排肥量，计算排肥一致性变异系数。试验对象为湖北三宁化工股份有限公司生产的颗粒状复合肥，颗粒化肥横向气力式分配装置的排肥性能如表 1所示。
表1颗粒化肥横向气力式分配装置的排肥性能
处理 总排肥量（kg/min） 排肥量（g/min） 排肥一致性变异系数/%
1 0.91 151.72 6.16
2 1.35 224.75 6.26
3 1.80 300.20 5.80
4 2.69 448.72 4.26
5 3.59 598.47 5.48
6 4.03 672.08 6.23
7 5.38 896.57 4.91
8 6.74 1123.08 4.88
9 7.18 1196.77 4.39
10 8.98 1496.38 4.07
表1结果表明，颗粒化肥集中气力式排肥装置的供种速率为0.9~9 kg/min，供种范围大，因此能适应多种作物不同施肥时间的施肥量要求；排肥一致性异系数不高于6.5%，满足NY/T 1768-2009免耕播种机质量评价技术规范的排肥均匀性要求，因此排肥均匀性较好。因此，该颗粒化肥集中气力式排肥装置能够达到油菜、水稻、玉米等多种作物基肥或追肥施肥均匀性的要求。该颗粒化肥集中气力式排肥装置的螺旋式机械定量供肥装置机械式定量供肥、横向排肥分配装置气流分配和控制系统精密调节及实施效果具有明显的创新性和显著的优点。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，不脱离本发明技术方案的精神和范围而对本发明的技术方案进行修改或者同等替换，均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (5)

1.一种颗粒化肥集中气力式排肥装置，包括风泵系统(1)、排肥台架(2)、螺旋式机械定量供肥装置(3)、肥箱(4)、电机传动系统(5)、控制系统(6)、12V锂电池(7)、横向排肥分配装置(8)和联轴器(9)，所述螺旋式机械定量供肥装置(3)和电机传动系统(5)安装在排肥台架(2)上，所述螺旋式机械定量供肥装置(3)上方装有肥箱(4)；所述螺旋式机械定量供肥装置(3)和电机传动系统(5)通过联轴器(9)连接；所述螺旋式机械定量供肥装置(3)下方连接有横向排肥分配装置(8)；所述横向排肥分配装置(8)连接有风泵系统(1)；所述控制系统(6)与12V锂电池(7)均与螺旋式机械定量供肥装置(3)进行连接；所述风泵系统(1)包括风泵主体(11)、正压管道(12)和过渡连接管(13)，所述风泵主体(11)为高压涡流式风泵；所述排肥台架(2)设有下横梁(21)和上横梁(23)，所述下横梁(21)和上横梁(23)通过2根竖梁(22)连接；所述上横梁(23)上安装有左支撑梁(24)和右支撑梁(25)，所述左支撑梁(24)和右支撑梁(25)上均设有U型槽孔(27)；所述上横梁(23)上还固定有电机固定板(25)，所述电机固定板(25)设有电机安装U型孔(28)；所述左支撑梁(24)和右支撑梁(25)上用于固定螺旋式机械定量供肥装置(3)；所述电机固定板(25)上固定有电机传动系统(5)；所述电机传动系统(5)包括直流电机(51)；所述电机传动系统(5)上有4个直流电机安装孔(52)与U型孔(28)配合；所述直流电机(51)上伸出有电机转动轴(53)。
2.根据权利要求1所述的颗粒化肥集中气力式排肥装置，其特征在于;所述螺旋式机械定量供肥装置(3)包括支撑板(31)、前支撑板(32)、搅肥机构(33)、后支撑板(34)、螺旋状组合机构(35)、中间隔板(36)、卸肥板(37)、搅肥链轮(38)、搅肥驱动链轮(39)和供肥轴(310)；2个所述支撑板(31)之间安装有前支撑板(32)和后支撑板(34)，所述支撑板(31)、前支撑板(32)、后支撑板(34)组成螺旋式机械定量供肥装置(3)的壳体；所述搅肥机构(33)和螺旋状组合机构(35)穿过2个所述支撑板(31)，2个所述支撑板(31)支撑搅肥机构(33)和螺旋状组合机构(35)转动；所述供肥轴(310)上均匀分布有4个螺旋排肥轮；所述中间隔板(36)和卸肥板(37)穿过2个所述支撑板(31)；所述搅肥驱动链轮(39)安装于供肥轴(310)一端；所述搅肥驱动链轮(39)与搅肥链轮(38)配合。
3.根据权利要求1所述的颗粒化肥集中气力式排肥装置，其特征在于：所述横向排肥分配装置(8)包括气流接入管(81)、气流扩管(82)、肥料进口管(83)、矩形气流-肥料混合吼口(84)、气固两相流扩口(85)和排肥分配管道(86)；所述气流接入管(81)、气流扩管(82)、矩形气流-肥料混合吼口(84)、气固两相流扩口(85)和排肥分配管道(86)横向连接，所述肥料进口管(83)位于矩形气流-肥料混合吼口(84)的上方；所述矩形气流-肥料混合吼口(84)嵌有圆弧形中间隔套(811)，所述圆弧形中间隔套(811)将矩形气流-肥料混合吼口(84)分成2部分；所述气流扩管(82)内的气流腔体(88)，与气流腔体(88)连接部分为气流高压喉口(810)，另一部分肥料入口(812)；肥料入口(812)投下的肥料快速送至两相流混合腔体(814)中；两相流混合腔体中(814)中的气流能够均匀分配进入到排肥分配管道(86)中；所述肥料进口管(83)和气流扩管(82)之间通过加强筋(89)增加强度。
4.根据权利要求1所述的颗粒化肥集中气力式排肥装置，其特征在于：所述控制系统(6)包括系统控制盒(61)、转速显示屏(62)、转速控制器(63)、电机负极连接口(64)、电机正极连接口(65)、电池负极连接口(66)和电池正极连接口(67)；所述转速显示屏(62)和转速控制器(63)均安装在系统控制盒(61)上，所述转速控制器(63)上设有电机负极连接口(64)、电机正极连接口(65)、电池负极连接口(66)和电池正极连接口(67)；所述电机负极连接口(64)和电机正极连接口(65)分别与直流电机(51)的负极和正极连线；所述电池负极连接口(66)和电池正极连接口(67)分别与12V锂电池(7)的负极和正极连线。
5.根据权利要求3所述的颗粒化肥集中气力式排肥装置，其特征在于：所述排肥分配管道 (86)数量为6个。
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